Biomassza kazánok tervezési feladatai, feltételei
HERZ Armatúra Hungária Kft. Páger Szabolcs
Mi is az a biomassza?
Fa alapú biomassza energetikai célú hasznosításának elınyei: •Korszerő hulladékgazdálkodás •Piaci szereplıktıl elıre beszerezhetı •Főtési költség jól kalkulálható •Nincs hálózatfejlesztés, nincs rendelkezésre állási díj •Hazai tüzelıanyag, nincs import függıség •Folyamatosan megújulás és utánnövés •CO2 semleges, környezetbarát •Munkalehetıséget teremt •Olcsó energiaforrás •…
Milyen formában állnak rendelkezésre a fa alapú biomasszák?
A korszerő fatüzeléső készülékek ismérvei: •90 % feletti tüzeléstechnikai hatásfok •Lambdaszondás égésvezérlés •Automatikus égési levegı szabályozás •Frekvenciaváltós füstgáz ventilátor •Teljesítmény szabályozás •Automatikus hıcserélı tisztítás •Alacsony karbantartási igény •Főtési kör, szolár, HMV stb vezérlésére alkalmas mely tovább bıvíthetı •Alacsony káros anyag kibocsátás
Mire kell különösen ügyelni biomassza tüzelésnél? •Puffertároló méretére és megfelelı kötésére •Visszatérı hımérséklet emelésre •Zárt rendszerre köthetı, tágulási tartály és biztonsági szerelvények •Tüzelıanyagra, tárolására és behordására •Kémény kialakítására •Égési levegı biztosítására
A minimális puffer tároló térfogat meghatározása EN 303-5 szabvány szerint
VSP = 15 x TB x QN (1-0,3 x (QH/Qmin)) VSP… a puffertároló térfogata literben QN… névleges hıteljesítmény kW-ban TB… leégési idıszak órában QH… az épület főtési terhelése kW-ban Qmin… legkisebb hıteljesítmény kW-ban
Puffer tároló javasolt mérete tapasztalati értékek alapján: Faelgázosító kazánok 100l/kW Faapríték és pellet kazánok 25…50l/kW A tároló a részterhelésre választható!
A tüzelıanyag kiválasztás szempontjai: •Automatikus vagy kézi tüzelıanyag beszállítás •Szükséges főtıteljesítmény •Közelben beszerezhetı vagy rendelkezésre álló tüzelıanyag •Rendelkezésre álló alapterület (tüzelıanyag és kazánház) •Helyi adottságok (építészeti, géppark stb.) •Gazdaságossági kérdések (pl. tüzelıanyag ára szállítással)
Egyes fa alapú tüzelıanyagok elınyei hátrányai Fahasáb
Pellet
Faapríték
Alacsony ár Közepes ár Könnyen beszerezhetı Könnyen szállítható Ismert Kis tüzelıanyag tároló Nedvességtartalom magasabb Alacsony nedvességtartalom részben automatizálható Magas főtıérték Jól automatizálható
Alacsony ár Szállítás teherautóval Nagyobb tüzelıanyag tároló Nedvességtartalom magasabb Jól automatizálható
Ideális családi házakhoz ~40kW teljesítményig
Ideális ipari és közületi felhasználásra 150kW-2MW teljesítmény
Ideális lakóházakhoz ~250kW teljesítményig
Egyes fa alapú tüzelıanyagok jellemzıi: Fahasáb
Pellet
Faapríték
Nedvességtartalom légszáraz 25% Nedvességtartalom friss vágás 50%
Nedvességtartalom 10%<
Nedvességtartalom 25%
Hamutartalom 2..5%
Hamutartalom 1%<
Hamutartalom 2…5% Főtıérték
Főtıérték 11…13 MJ/kg
Főtıérték 18…18,5 MJ/kg
11…13 MJ/kg
Térfogatsőrőség 450kg/m3
Térfogatsőrőség 650kg/m3
Térfogatsőrőség 150…350kg/m3
Egységnyi hıenergia elıállítási költsége: Fahasáb
Pellet
Faapríték
~ 12500Ft/m3 ~27,7Ft/kg 12MJ/kg η= 90…96%
~ 50Ft/kg 18MJ/kg η= 90…96%
~ 20Ft/kg 12MJ/kg η= 90…96%
27,7Ft = 2,57Ft/MJ 12 ⋅ 0,9
50Ft = 3,08Ft/MJ 18 ⋅ 0,9
Földgáz régi készülék ~ 114Ft/m3 33MJ/m3 η= 60…80% 114Ft = 4 ,93 Ft/MJ 33 ⋅ 0,7
20Ft = 1,85 Ft/MJ 12 ⋅ 0,9
Hıszivattyú Függıleges szondával, geotarifával ~ 36Ft/kWh 10,0Ft/MJ COP 3…4 10,0Ft = 2 ,85 Ft/MJ 1 ⋅ 3, 5
Földgáz kondenzációs készülék ~ 114Ft/m3 33MJ/m3 η= 90…108% 114Ft = 3, 45 Ft/MJ 33 ⋅ 1,03
Villamos főtés ~ 44Ft/kWh 12,22Ft/MJ η= 100% 12,22Ft = 12 , 22 Ft/MJ 1 ⋅ 1,0
Egységnyi hıenergia költsége tüzelıanyag oldalról: Faapríték Faelgázosító kazán fahasáb Hıszivattyú geotarifával Fapellet Kondenzációs gázkazán Hagyományos gázkazán Villamos Főtés
1,85 Ft/MJ 2,57 Ft/MJ 2,85 Ft/MJ 3,08 Ft/MJ 3,45Ft/MJ 4,93 Ft/MJ 12,22Ft/MJ
Tüzelıanyag beszállítási megoldások Automatikus tüzelıanyag beszállítás és üzemelés
Kézi tüzelıanyag beszállítás
Faelgázosító kazánok
Főtés félméteres hasábfákkal!
• a puffertartály kiegyenlíti a hıtermelés és a hıfelhasználás közötti idıbeli eltérést • növeli a komfortot ajánlott puffertérfogat: Ökölszám alapján 100l/kW részterhelésre is választható
Tüzelıanyag tárolása
Tárolás •Száradás (1-2 év) • esı ellen védett • száraz talajon (lehetıleg szellıztetve) • jól szellızı helyen 26
Faelgázosítás folyamata
Exoterm reakció (energia leadás)
Égési gázok oxidációja (700°C – 1400°C) Szilárd széntartalmú részek gázosodása
Hımérséklet [°C] 500 A füstgáz hıtartalma 400 Felszabaduló
Beindul az égés
300
Endoterm reakció (energia felvétel)
Lángolási határ 200
hıenergia
Hasznosított hı
A faelgázosítási folyamat Fenntartásához szükséges hıenergia
A termikus bomlás megindul 100 Száradás 0
A begyújtáshoz szükséges hıenergia
Biomassza égési folyamata Fázis
Tüzelıanyag fajta
Köztes tüzelıanyag
Végtermék
Fa, légszáraz (100-150°C)
Száradás
Vízgız
Fa, abszolút száraz Gázosodás
+ Szekunder levegı (500-1200°C)
+ Primer levegı (150-500°C) Éghetı gáz
Égési fázis
Forró gáz
(CO, Gesamt- C, H2)
homogén oxidáció
Faszén + Primer levegı (600°C)
Kiégés heterogén oxidáció
Éghetı gáz
+ Szekunder levegı (800°C)
(CO)
Gáz utóégés Szilárd anyag égés
Hamu
R. Marutzky, K. Seeger; Energie aus Holz und anderer Biomasse, DRW-Verlag 1999 alapján
Forró gáz
Gépészeti helyigény családi házas rendszereknél faelgázosító kazánhoz 1. Készülék mellett és feletti szükséges szabad területek beépítéshez, karbantartáshoz és üzemeltetéshez. 2. Puffertároló és HMV tárolóknak elegendı alapterület és belmagasság. 3. Fıalkatrészek beviteléhez elegendı hely az útvonal mentén (puffer tároló és kazán) 4. Égési levegı ellátáshoz 5cm2/kW szabad keresztmetszet de minimum 400cm2 5. Fatüzelésre alkalmas kémény (5-10Pa kéményhuzat igény) 6. Tüzelıanyag tároló optimális helye és kialakítása
Elınyök •Félméteres fahasáb tüzelése •Fordulatszám szabályozott primer és szekunder levegı befúvás •Lambdaszondás égésvezérlés •Égési levegı elımelegítés optimális égési levegı csatorna kialakítással •Gyors és egyszerő begyújtás aprófa nélkül •Nagy betöltıakna
Mi is az a biomassza?
Biomassza: biológiai eredető szervesanyagtömeg, a szárazföldön és vízben található élı és nemrég elhalt szervezetek (növények, állatok, mikroorganizmusok) testtömege, biotechnológiai iparok termékei és az emberek, állatok, feldolgozó iparok összes biológiai eredető terméke, hulladéka, mellékterméke.
Mi is az a biomassza?
Az elsıdleges biomassza a természetes vegetáció, szántóföldi növények, erdı, rét, legelı, kertészeti növények, vízben élı növények.
Mi is az a biomassza? A másodlagos biomassza az állatvilág, gazdasági haszonállatok összessége, továbbá az állattenyésztés fıtermékei, melléktermékei, hulladékai.
Mi is az a biomassza? A technika fejlıdése igényelte, ugyanakkor lehetıvé is tette a nagy energiasőrőségő energiaforrások alkalmazását a mindennapi élet minden területén. Ennek következménye a biomassza energetikai hasznosításának háttérbe szorulása, és a szénhidrogén-bázisú energiahasználat széleskörő térhódítása.
Mi is az a biomassza? A biomassza energetikai célú hasznosítása ısidık óta ismert és kihasznált lehetıség. A biomassza a legjelentısebb megújuló energiaforrásunk, az ember a történelme során ezt a megújuló energiaforrást használta a legnagyobb mértékben. Napjainkban újra egyre nagyobb arányban kerül felhasználásra a hıenergia-elıállítás terén.
Szilárd halmazállapotú biomassza
Pellet • • • •
ÖNORM M7135, DINplus, Swisspellet Hazai energiahordozó Nincs importfüggıség CO2 semleges
Pellet tüzelıanyag és szállítása
Pellet tulajdonságai: ÖNORM M 7135 és DINplus pelletek: • 6 mm-es átmérı, 8-30 mm hossz (max. 5xd) • Főtıérték 4,9 kWh/kg (~18 MJ/kg) • Térfogatsőrősége 650 kg/m³; anyag sőrősége 1,12 kg/dm³ • Víztartalma kevesebb mint 10% • Hamutartalom kevesebb mint 0,5% • Elınyök: – Hazai tüzelıanyag – „folyékony fa” jól adagolható, jól gázosodik – CO2 semleges –…
Tüzelıanyag szükséglet becslése • Közelítı számítás: Főtıteljesítmény [kW] x 0,7 = ~ tüzelıanyag szükséglet [m3/szezon] Példa.: 15 [kW] x 0,7 ~ 10,5 [m3/szezon]
Felhasznált irodalom: Der Zentralheizungsbauer, Brünner
Tüzelıanyag szükséglet becslése • Pontosabban: (Főtıteljesítmény [kW] x 1,5 x 3700 (HGT)) / (3,6 x ηrendszer) = Energia szükséglet [kWh / szezon] Energia szükséglet / (4,9 x 650) = Tüzelıanyag szükséglet [m3/szezon] Példa: (15 x 1,5 x 3700) / (3,6 x 0,85) = 27205 kWh Éves energia szükséglet / (3,6 x 650) = [m3/szezon] 27205 / (4,9 x 650) = 8,5 [m3/szezon] Felhasznált irodalom: Der Zentralheizungsbauer, Brünner
A helyes tároló kialakítása
Födém/ falazat F90
•Száraz •Nincs benne lámpa •Gumilemez a betároláshoz •Megközelíthetı a tároló belseje
A tároló kialakítása csigás kiszállításhoz Einblasstutzen
~200 mm
Absaugstutzen
PELLETS 650 kg/m³
Austragung
min. 250 mm max. 300 mm
45 °
min. 50 mm
glatte Oberfläche (ideal: Laminatboden) Rutschschräge 40°-45°
Unterkonstruktion
Pellet szállítás
Visszatérı hımérséklet emelés HERZ„Teplomix“ szerelvénnyel 7766
Biztonságos tüzelıanyag-szállítás egyedi rendszerek révén
20 kW-os pelletkazán flexibilis csigával
ÖNORM 7135 szerinti faapríték: G30(50), W30 G30 finom apríték: maximum 3 (5) cm2 keresztmetszet maximum 8,5 (12) cm hosszúság W30: Maximum 30%nedvességtartalom
Faapríték tulajdonságai: ÖNORM M 7135 szerinti faapríték: • G30/G50 szemcseméret • W30 30% nedvességtartalom • Főtıérték 3,9 kWh/kg (~14 MJ/kg) • Térfogatsőrősége 150-250 kg/m³ • Elınyök: – Hazai tüzelıanyag – Javarészt hulladékból készül – CO2 semleges –… 55
Kiszállítás kétsoros tolórúddal és keresztirányú szállítócsigával
Hatékony tároló feltöltés
Kazánház és tüzelıanyag tároló • Megfelelı hely álljon rendelkezésre, kazánház és tüzelıanyag tárolónak, puffer tárolónak (alapterület, belmagasság, terepviszonyok) • Tüzelıanyag tároló megközelíthetısége, feltölthetısége • Tüzelıanyag tároló mérete fedezze az igényelt komfortot • Megfelelı kémény kiválasztására, elhelyezésére • Égéshez szükséges levegı biztosítására
Építész rajz, mint kiindulási alap, alaprajz és metszet
Az elkészült elrendezési terv
Elrendezési terv Szaggatott vonallal jelölve a minimális helyigény
Hol alkalmazható a biomassza tüzelés • • • • • • • •
Családi házak Társasházak Intézmények Ipari létesítmények Távhı ellátás Földgázzal ellátatlan területek … És ahol fahulladék keletkezik
Pályázati- és harmadik fél általi finanszírozási lehetıségek!
Mire kell különösen ügyelni? •Puffertároló mérete és kötése •Visszatérı hımérséklet emelés •Zárt rendszerre köthetı •Tüzelıanyagra, tárolására és behordására •Kémény kialakítása
Köszönjük figyelmüket!
